JP2017088998A - タンタル又はタンタル合金部材を処理するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タンタル又はタンタル合金部材に機械的及び化学的な耐久性を持たせるための浸炭処理方法の提供。【解決手段】部材を真空下で１，４００℃以上に加熱し、炉内にガス状炭素源を１０ミリバール以下の圧力で注入し、部材の周辺部分に炭素多重層を形成し、この層が、表層に位置する炭化タンタルから成る層Ｃ１、炭素含有量がＣ１層よりも低いＣ２及びＣ３の層から構成され、冷却により、炭素多重層の形成を停止し、部材を保護するため周囲に炭素、酸素及び窒素を捕捉できる装置を配置、保持し、真空下で炉を加熱し、Ｃ１層に存在する炭素のＣ２層及びＣ３層に向かう拡散を引き起こし、炭素多重層内に存在する炭素が部材の中心部分に到達する前に、真空下で部材を冷却し、拡散を停止させる手順を踏み、得られる、ＴａＣは表層には存在せず、中心部には炭素が存在せず、表層と中心部との中間部分に位置する部分がタンタルと炭素で構成される部材。【選択図】なし

Description

本発明は、タンタル又はタンタル合金部材に機械的及び化学的により耐久性を持たせるようにする浸炭処理に関するものである。
具体的に言うと本発明は、タンタル又はタンタル合金部材の表面に炭化タンタルの1重又は多重層をそれらの構造及び厚みを制御しながら形成することを可能にするものである。
この方法の利用分野は非常に多く、全て耐久性のあるタンタル又はタンタル合金部材の製造を必要としている分野である（冶金用坩堝、電極、照明器具用フィラメント、抵抗、工具その他の製造）。

タンタルは、高耐食性の 部材で融点が非常に高い（融点3,000°C以上）。したがってタンタル又はタンタル合金部材は、多くの分野で使用されており特に高温化学のための坩堝用部材として有効である。
耐食性及び硬度をさらに高めるために浸炭処理を施すことが可能である。これは、部材表面に炭素含有量の増加をもたらす熱化学処理である。その結果、特定の表面微細構造を確保するためにその後の処理（化学的、機械的又は熱的）を行うことがきる。
浸炭タイプは、浸炭媒質の状況により固体浸炭、液体浸炭、ガス浸炭の3タイプに識別される。これら３タイプの中には一般的に次の４つの重要な浸炭方法（主に鋼の浸炭方法として開発されたもの）が文献に記述されている：パック浸炭、制御された雰囲気ガス浸炭、低圧浸炭及びプラズマ浸炭。

パック浸炭では浸炭対象の部材が固形炭素と直接接触するようになる。固体炭素が一旦昇華されるとガス化した固体炭素は、その 部材表面に吸着され、続いて部材中に拡散し、タンタルと反応する。当該パック浸炭法は、タンタルが適切に浸炭されるためには、十分に高い炭素蒸気圧を維持する必要があり、そのため、非常に高い浸炭温度（2,000°C以上）及び長い加熱時間が必要とされる（例えば特許文献１（資料[1]）では1,700°Cを10時間）。さらに当該方法は、浸炭対象の部材表面に炭素粉末を押しつける必要があり、したがって、これは複雑な表面形状を持つ 部材には適用できない。さらに固体と固体とが接触する界面であるために 部材表面における炭素供給は不均一になる。

制御された雰囲気ガス浸炭は、制御された雰囲気ガス加熱炉の中に浸炭される 部材を置き、加熱炉が浸炭温度（タンタルについては1,200°C以上）に達するまで加熱し、次に約1バールの圧力下で、不活性ガス（アルゴン）及び燃料ガス（一般的にメタン、アセチレン、プロパン型の炭化水素等）の混合ガスを注入するように構成されている。幾つかの応用では、空気/メタノール又は窒素/メタノールの混合ガスも使用できる場合がある。燃料ガス分子は浸炭対象の部材の表面で熱分解され、その炭素を放出し、放出された炭素は拡散し、表層のタンタルと反応する。しかし当該浸炭法は、酸素化合物が注入された時に酸化物を発生させる欠点がある。その上、炭化水素が使用される場合、加熱炉内部にすすが形成され、加熱炉を汚染し、部材の浸炭を妨げることが一般的である。

低圧浸炭（減圧浸炭としても知られている）は、浸炭される部材を熱化学処理炉に置き、次に処理炉内部を真空下におくことで構成されている。次に処理炉内部が浸炭温度に達するまで加熱され、続いて低圧下（数ミリバールから数10ミリバールのレンジで100ミリバール以下の圧力）で炭化水素ガス（メタン、アセチレン、プロパンその他）が注入される。当該方法は、複雑な表面形状を持つ 部材を効果的に浸炭することができ、そして 部材への汚染を軽減できることで評価されている。本発明の範囲内で使用されるのは、この浸炭方法である。

最後に、プラズマ浸炭があり、これは低圧浸炭に非常に近い浸炭方法である。この技術の最大の利点は、浸炭される部材の周りでプラズマを発生させることに存在する。このプラズマは、当該材料の表面を活性化し、その結果として部材内部への炭素の拡散を容易にする。当該方法は、複雑な表面形状を持つ部材の浸炭に実用的である。しかしその発展状況は、低圧浸炭に比べて依然として低い状態である。理由は、非常に特殊な設備を使用する必要があるからである。小径の穴のような特異性を持つ部材の処理が可能でないことが、これらの主な欠点のひとつであり、これらの特異性は中空陰極現象（中空内の局所融解）を発生させる可能性がある。また処理炉のバスケット上の部材の支持面は、プラズマと直接接触ができないため全く処理されない。

これら４つの浸炭方法は、不均質構造を取得することを可能にする。それは、表面はTaC層、次に部材の中心部に近づきTa₂C層、続いて炭素飽和程度に応じて粒界にTa₂C の沈殿物を持つ可能性のある炭素飽和タンタル層（「炭素飽和タンタル層」又は粒界にTa₂C沈殿物がある場合は「C飽和Ta+Ta₂C層」と呼ばれることになる）によって構成される構造である。炭素濃度が高ければ高いほどTa₂C層及びC飽和Ta層（又はC飽和Ta+ Ta₂C層）の厚さと比較したTaC層の厚さが増加する。したがって炭素濃度が十分高い場合は、タンタル部材を完全に炭化タンタルTaCに変換可能である。
したがって使用された浸炭方法にかかわらず、部材表面にTaC層は常に得られる。しかし、用途によっては部材の表面にそのような層があるのは好ましくないので、それを取り除く必要がある。

この表層を取り除くには、酸攻撃による表面化学処理を行うことができる。例として、当該表面化学処理については、例として資料[1]に記述されている。表面化学処理については、部材の表面状態が改質されること及び高硬度であり、酸に対する炭化物の高化学的慣性特性から表面化学処理の実施が難しいという欠点がある。したがって一般的に毒性があり非常に有害な強酸混合物（最も知られているものとしては硝酸、フッ化水素酸及び乳酸の混合物がある）の使用が必要になる。さらに化学処理は、全ての炭化物層（TaC 層及び下側のTa₂C 層）を痛め、それは表面のTaC層だけの処理ではないので、粒界にTa₂C を伴う炭素飽和タンタルの構造を持つ層のみが残る状態になる。

米国特許第５９１６３７７号明細書

本発明の目的は、少なくとも部分的にでも先行技術による解決方法で直面している問題を解決することである。
そのためには、本発明の１つの目的はタンタル又はタンタル合金の部材を処理するための方法を提供することである。それは、以下の手順から構成される：

a) 当該部材を炉内に置き、真空下において1,400°C以上の温度で加熱する；
b) 加熱した炉内において、気体炭素源を最高10ミリバール以下の圧力で注入することによって当該部材の周辺部分に炭素多重層を形成する。この場合当該炭素多重層は、部材の表面に位置する少なくとも1層の炭化タンタルの層C1並びにその下側に位置する、それぞれ炭素含有量がC1層の炭素含有量と異なり、それより低い二つの層C2及びC3により構成されている；
c) 部材を冷却して炭素多重層の形成を停止する；
d) 部材の周囲に炭素、酸素及び窒素を捕捉可能な保護装置を取り付け、炭素並びに炉内に残留している可能性のある微量の酸素及び窒素から部材を保護する；
e) 部材が保護装置の中に置かれた状態の真空下で炉を加熱し、層C1に存在する炭素の全部又は1部分を層C2及びC3に向けて拡散させる；及び
f) 炭素多重層内に存在する炭素が部材の中心部分に到達する前に、真空下で部材を冷却し、炭素の拡散を停止させる；
これらの手順によって、表層にはTaCの形でのタンタルが存在せず、中心部には炭素が存在せず、表面と中心部との中間に位置する部分（以下「中間部」と呼ぶ）はタンタルと炭素で構成される部材を得ることができる。

本発明の対象である方法において、手順e)における拡散はC1層に存在する炭化物の全部又は一部の分解の原因となる。したがって温度及び加熱時間に応じてC1層のTaCは、主にTa₂Cに分解され、続いて粒界でTa₂Cを持つ炭素飽和タンタルに分解される。したがって部材表面（以下「表層」と呼ぶ）には、TaCタイプの炭化タンタルは存在しない。しかし分解は表面近くで始まるので当該表層の厚みは、炭素多重層のC1層の厚みと一致する又はC1層上部の厚みに一致するであろう。

本発明の対象である方法は、部材表面の酸による化学処理又は機械的処理を実施することなしに、一連の同じ手順によって部材の浸炭とともに最後に創出される浸炭部材の表層の構造及び化学組成の選択を可能にする。例えば、１つのタンタル部材についての当該方法の諸手順の最終段階における表層構造として、Ta₂Cタイプの炭化タンタル又は粒界にTa₂Cを持つ炭素飽和タンタルのどちらかを選択できる。次いで、例えば以下のタイプの多層構造を得ることができる：

− Ta₂C/ C 飽和 Ta + Ta₂C （すなわち、表層がTa₂C層であり、部材の中間部において粒界にTa₂Cを伴う炭素飽和Ta層がある多層構造）；
− Ta₂C/TaC/Ta₂C/C 飽和 Ta + Ta₂C（すなわち、表層がTa₂C層であり、部材の中間部においてTaC層、Ta₂C層及び粒界にTa₂Cを伴う炭素飽和Ta層がある多層構造）；さらにはまた
− 炭素飽和Ta+ Ta₂C /Ta₂C/炭素飽和Ta+ Ta₂C（すなわち、表層において粒界にTa₂Cを伴う炭素飽和Ta 層があり、部材の中間部において Ta₂C層及び粒界にTa₂Cを伴う炭素飽和Ta層がある多層構造）；

これらの多層構造は、タンタル又はタンタル合金から成る中心部分の上に載った状態で存在する。
C 飽和 Ta + Ta₂C の表層も単純にタンタル又はタンタル合金から成る中心部分の上に載った状態で存在し得る。
上記の諸例において、当該C 飽和 Ta + Ta₂Cの表層は、タンタル層の炭素飽和度合が少ない場合にはC 飽和Ta層になり得ることを指摘する必要がある。

タンタル又はタンタル合金部材の表面に炭化物層を形成させ、続いて部材全体の浸炭のための熱処理で構成される方法が米国特許第５３８３９８１号明細書（資料[2]）に記述されていることを指摘する必要がある。したがって部材の中心部にタンタル又はタンタル合金を維持することを意図している本発明の対象である方法とは違って、資料[2]に記述されている方法は、それらの厚み全体にわたり炭素飽和した部材（「C飽和 Ta」又は「C 飽和Ta + Ta₂C」部材）を作ることが目的である。さらに資料[2]で記述された方法では、例えば写真 5b及び6bにおいて示されているような、タンタル又はタンタル合金から成る中心部の上に載った「低炭素層/高炭素層/低炭素層」（すなわち、Ta₂C/TaC/Ta₂C/C飽和Ta + Ta₂C/中心部 及び C飽和Ta + Ta₂C /Ta₂C/C飽和Ta + Ta₂C/中心部）タイプの複雑な多層構造は得られない。

本発明の範囲内では、タンタル合金のタンタル含有量は、重量％で少なくとも90%に相当すると考えられる。さらにそれは、金属合金で他金属と混合されたものである。例えばTaW合金である可能性がある。

望ましくは手順a) が以下の措置を含むもの：
− 炉内に部材を導入すること；
− 炉を真空にすること；及び
− 1500〜1700℃の運転温度に達するまで徐々に炉を加熱すること。

望ましくは手順 b) が、ガス状炭素源を流量1乃至100L/hで、そして望ましくは注入圧力10ミリバール以下で、望ましくは連続的に炉内に注入することを含むもの。注入持続時間は、タンタル又はタンタル合金部材の周辺部分に取り入れたい炭素量による。当該注入持続時間は注入に関する制御要因、ガス状炭素源、部材の表面積並びに取得しようとしている炭素多重層構造の厚み及びタイプに左右される。
望ましくは手順 b) における炭素源ガスの注入が、注入圧力 5ミリバール、流量 20L/h の条件で、炉温度を 1 600°Cに加熱して行われるもの。
望ましくは手順 b) におけるガス状炭素源がエチレンであるもの。エチレンの選択は、低流量での炭素供給を可能にし、アセチレンの場合のような高炭素含量のガスの使用で生じるすすを制限する利点を持っている。

手順 c)の目的は、炭素多重層の形成を停止することである；言い換えれば、当該手順により部材への炭素供給の停止を試みるのである。望ましくは手順 c) が、部材の急速冷却を可能にする窒素ガスを1バールの条件で炉内に注入することを含むもの。

望ましくは手順 d) が以下の措置を含むもの：
- 部材を密閉した空洞内に置くこと。この場合、その空洞の壁（当該材質の選択にあたっては、もちろん炉内の処理温度を支援するものでなければならない。）は炭素、酸素及び窒素を引き寄せる材料で作られており、望ましくはその材料がなるべくタンタルであること；及び
- 上記の空洞内の雰囲気を不活性ガスを用いて置換し、炭素、酸素及び窒素のうちから選定された少なくとも一つの元素の原子を含む可能性のある一切のガスを炉内から排出するようにすること。

手順 e) が、炭素多重層構造のC1層に存在する炭素のC2層及びC3層に向かう拡散を可能にするのに十分な温度で部材を加熱することによって構成されるもの。望ましくは手順 e) が、圧力10^-2ミリバールの条件で炉を1,600°C に加熱することによって構成されるもの。
手順f)において、タンタル又はタンタル合金部材を炉内に残留している可能性のある微量の汚染物から保護するために真空下で冷却を行う。それは、炉が高温で再加圧された場合に部材に送り込まれる可能性がある汚染物からの保護である。

本発明の対象である方法は、多くの長所から構成される。
第一に、部材の周辺部分への炭素供給は制御され、調整されている。理由は、炭素が本発明の対象である方法の手順b)の間に使用されるガス状炭素源のみから由来し、当該方法の次に来る手順c)及び手順d)では炭素供給は妨げられているからである。したがって、たとえ炭素が炉の内壁に残留する場合（例えばすすとして又は単純に炭素製の内壁を有する炉が用いられる場合）であっても、そして手順e)で炉の加熱のために炉内雰囲気中に炭素が存在したとしても、当該炭素は、保護装置によって捕捉され、部材の中には取り入れられない。したがって部材の周辺部分に調整された厚みを持つ浸炭の達成とともに部材の中心部分は元の金属の性質を維持し、そして表面に炭化タンタルTaCが含まれない表層を持つことが可能である。

一方、低圧浸炭方法（本方法の手順a)及び手順b)）の使用は、他の周知の浸炭方法に比べて低温で実施することを可能にする。そして炭素の供給制御は、処理時間の最適化を可能にし、それが最終的には時間、エネルギー源及び供給物質の節約を可能にする。
部材の表層からTaCタイプ炭化タンタルを取り除くため、装置にとって扱いにくい化学薬品を一切使用せず、そして処理された部材に酸素及び窒素の汚染が全く生じない。
最後に、本発明の対象である方法は、複雑な表面形状及び／又は特異性（小径の穴など）を持つ部材の処理に使用することができる。
さらに本発明の特徴及び長所は、本発明に基づく製造方法の代表的な実施例に関してこれから説明する付加的記述で明らかになるであろう。
当該付加的記述は、本発明の対象の例証を目的としてのみ示され、決して本発明の対象範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことは言うまでもない。

図1aは、特定の実施条件（1,600°Cで1時間の浸炭）で行った本発明の対象である方法の手順 b) の終了した時点で得られるタンタル部材の１部分の概略断面図であり、当該部材の表面に創出された炭化物層を示している。図 1b は、図 1a で図解した部材の走査電子顕微鏡（SEM）によって得られる画像を表示している。 図 2a 及び 2b は、それぞれ、TaC 層の成長（図 2a）及び Ta₂C 層の成長（図2b）のための異なる温度における時間の関数としての浸炭経過時間を表示している。 図3aは、特定の実施条件（1,600°Cで1時間の浸炭、冷却及び1600°C真空下での1時間の加熱）で行った本発明の対象である方法によって得られるタンタル部材の１部分の概略断面図を表示し、当該部材の表面に創出された炭化物層を示している。図3bは、図3aで図解した部材のSEMによって得られる画像を表示している。 図4aは、図3aは、特定の実施条件（手順 b)における1,600°Cでの1時間の浸炭及び手順e) における1,600°C真空下での6時間の加熱）で行った本発明の対象である方法によって得られるタンタル部材の１部分の概略断面図を表示する。図4b及び4cはそれぞれ、2段階の拡大率で見た図4aで図示した部材のSEMによって得られる画像を表示している。図4cにおいては、当該部材は、Ta₂C沈殿物（黒い点）の存在及び場所を露出させるために化学的腐食処理を受けていることを指摘する必要がある。 図5aは、特定の実施条件（手順b)における1,600°Cでの2時間の浸炭及び手順 e) における真空下1,600°Cでの30分間の加熱）で行った本発明の対象である方法によって得られるタンタル部材の１部分の概略断面図を表示する。図5bは図6aに図解する部材についてSEMにより得られる画像を表示する。 図6aは、特定の実施条件（手順b)における1,600°Cでの2時間の浸炭及び手順 e) における1,600°C真空下での6時間の加熱）で行った本発明の対象である方法によって得られるタンタル部材の１部分の概略断面図を表示する。図6b は、図6aに図解された部材のSEMにより得られる画像を表示する。 上記の諸図において、当該部材の中心部分が表示されていないことが指摘されるべきである。

本発明の対象である方法によって、タンタル又はタンタル合金部材の浸炭処理の制御とともに、部材の表層の性質と結晶構造の選択が可能になる。実際にそれは部材の表層において、下層としてＴａＣタイプの炭化タンタル若しくは粒界にＴａ_２Ｃを伴う炭素が飽和したタンタルを持つＴａ_２Ｃタイプの炭化タンタルを得るか、又は炭素飽和タンタルとＴａ_２Ｃとの混合物から成る複合表層を得るか、さらにはまた、表層の厚さを制御しながら且つＴａ_２Ｃタイプの炭化タンタルを下層に持つ炭素飽和のタンタルの表層を得るか等の選択に役立つ。

前述のように本発明の対象である方法の手順ｂ)における加熱時間は、当該部材へ供給されるべき所定の炭素量に左右される。手順ｅ）における加熱時間は、その代わり、表層において取得されるべき層の性質並びにその所定の厚さに左右される。これらの変動要因を変化させることにより、単層構造（タンタル又はタンタル合金の中心部を覆う表面層がＴａ_２Ｃ、Ｃ飽和Ｔａ＋Ｔａ_２Ｃ又はＣ飽和Ｔａであるもの）若しくは多層構造（タンタル又はタンタル合金の中心部を覆う諸層が、Ｔａ_２Ｃ/ＴａＣ/Ｔａ_２Ｃ/Ｃ飽和Ｔａ＋Ｔａ_２Ｃ層；Ｃ飽和Ｔａ＋Ｔａ_２Ｃ／Ｔａ_２Ｃ／Ｃ飽和Ｔａ＋Ｔａ_２Ｃ層等であるもの）さえも得られる。これらの多様な構造を得ることによって、その最終的用途に適合させるための部材の硬さ及び／又は腐食抵抗性が強化される。

本発明を説明するため、本発明の対象である方法の好ましい実施例を次に記述する。
タンタルの部材、例えば直径100mm、厚さ1.5mm高さ150mmのるつぼが用いられる。
処理対象の部材は、例えば商標名BMI製品記号BMICROの炉の筐体内に設置される。
次いで炉の筐体は圧力が10^-2 ± 0.01mbarに達するまで真空下に置かれる。
圧力が安定化した後、筐体は温度上昇速度30°C/min で1,600°C ± 1%に達するまで加熱する。
次いで筐体内に低圧下で（約10ミリバール以下の圧力）所定の時間燃料ガスを注入することにより部材の浸炭が行われる。この例ではエチレン（C₂H₆）が圧力5 ± 1ミリバール、及び制御された流量20L/h で1時間、筐体内に注入される。
次いで部材の冷却が、例えば圧力1バールで90分間、窒素を炉の筐体内に注入することによって行われる。

タンタル部材の周辺部分においては、TaCタイプの炭化タンタルの表層C1、その下側にあるTa₂Cタイプの炭化タンタルの層 C2、及びその下側にある粒界にTa₂Cタイプの炭化タンタル沈殿物を持つ炭素が飽和したタンタルの層C3によって成る炭素多重層１（図1a及び1b）が得られる。

炭素多重層１の厚さ（したがって部材内に供給された総炭素量）は、タンタル部材が燃料ガスの流れの中に保持されている時間に左右される（図 2a 及び 2b）。実際に、既知の様式では、炭化タンタルの層の厚さの成長は放物線則に従い、

である。ここでW は、炭化物層の厚さ（単位 μm）、ｔは保持時間（単位分）、そして k は成長係数（ μm².min^-1）である。同様に、炭素多重層１の形成にも同じ公式が適用される。炭素多重層の形成速度は、浸炭温度にも左右される。
この形成速度は温度とともに指数関数的に増加する。

このように処理された部材は、次いで、一切の炭素源並びに可能性のある汚染物から遠ざけられる。この手順は、拡散手順の進行中のタンタルの汚染現象を回避しなければならない場合及び部材の炭素含有量を制御しなければならない場合に必要である。実際にタンタルは、高温では、炭素、酸素及び窒素のような元素の原子に対して非常に反応性の高い元素であり、このような元素は、例えば炉の筐体壁上に吸着された分子として存在する可能性がある。

このため、本発明に従う方法の好ましい実施例によれば、部材は炉の筐体内に配置された空洞（例えば鐘を支持台の上に載せることによって形成された空洞で、鐘も支持台もともにタンタル製であるもの）内に置かれる。これによって炉の筐体壁に存在する可能性のある汚染源元素（O, N₂, 等）並びに炭素原子をそれらが部材と接触する前に捕捉することが可能となる。これはまた、炉の筐体と処理対象部材との間のガス交換現象の抑制を可能にするが、この現象は炭素拡散工程では有利に作用することになる現象である。

炉の筐体の２重ポンピングは、一切の汚染源の排出のための中間的窒素抜き取り（圧力10^-2 +/- 0.01mbar）を実施することによって行われる可能性がある。
次いで、部材は加熱される。手順ｅ）における真空下での加熱によって、炭素多重層１のＣ１層内に存在する炭素が当該多重層内のＣ２及びＣ３層に拡散することを可能にする。
部材及び保護装置によって形成される組み合わせ物体の加熱保持時間は、以下の３種の変動要因によって左右される：
−工程終了時において取得しようとしている構造の種類；
−浸炭工程の間に形成される多層構造の厚さ；
−部材の厚さ。

部材及び保護装置によって形成される組み合わせ物体（空洞）は、所定の処理温度に達するまで、３０℃／分の温度上昇速度で加熱される。ここでは、浸炭のために用いられる温度と同じ温度、すなわち、1,600°C +/- 1% の使用が選択される。

手順 b) の終了時において（浸炭後）、タンタル部材は表層に TaC の C1 層、その下側の Ta₂C の C2 層、及びその下側の、粒界に Ta₂C 沈殿物を伴う炭素が飽和したタンタルの C3 層を有する炭素多重層１を含んでいた。手順 e) の加熱の進行中に炭素は表層のTaCのC1層（最も炭素が豊富な層）からTa₂C のC2層に向かって、またTa₂C のC2層からCが飽和したTa + Ta₂C の C3層に向かって拡散する。このカスケード式炭素拡散は、Ta₂C層に有利に作用しながらTaC層の厚さの減少を引き起こす。そこで、部材の表層において単一のTa₂C層を成長させる一方でTaC層を完全に消滅させる可能性がある。加熱が続行された場合、Ta₂C層もまた分解され、したがって完全に消滅する。このようにして表面には、粒界に Ta₂C 沈殿物を伴う炭素が飽和したタンタルのみしか残らない。

手順 b) 及び／又は手順 e) における加熱時間を変化させた場合に取得される可能性のある様々な構造は、以下の図面に図解されている。
上述のように、手順 b) においてタンタル部材を1600°Cで1時間加熱後、 TaC の C1 層、Ta₂C の C2 層、及びCが飽和したTa＋Ta₂C の C3 層を有する炭素多重層１が得られる（図 1a 及び 1b)。
部材にさらに、本発明の対象である方法の他の手順（手順 e)での、部材を一切の炭素源から隔離した後真空下で1,600°Cでの1時間の加熱を含む）を加えると、下側にある、Cが飽和したTa + Ta₂C の層３の上に乗ったTa₂C の表層２が得られる（図 3a 及び 3b）。

その一方で、炭素多重層を備えた部材が手順 e) において、真空下1600°Cで6時間加熱されると、粒界にTa₂C 沈殿物を伴う炭素が飽和したタンタル表層２が得られる（ 図4a、 4b 及び 4c。図 4c では沈殿物は黒い色で視認できる）。ここでは、炭素の拡散は、炭素多重層のC1、 C2 及び C3 の各層が、表層２に変化するような性質のものであったと考えることができる。
別の実施例によれば、部材が手順 b) において真空下1,600°Cの加熱により2時間の浸炭処理を受け、さらに手順 e) において真空下1,600°Cで30分間加熱された場合、Ta₂Cから成る表層２、TaCから成る1番目の下層３、Ta₂Cから成る2番目の下層４及びCが飽和したTa + Ta₂C から成る3番目の下層５を有する部材が得られる（図 5a 及び図 5b ）。
その一方で、部材が手順b)において真空下1,600°Cで2時間の加熱による浸炭処理を受け、さらに手順 e) において真空下1,600°Cで6時間加熱された場合、C が飽和したTaから成る表層２、Ta₂Cから成る1番目の下層３及びCが飽和したTa + Ta₂C から成る2番目の下層４が得られる（図 6a 及び図 6b ）。

Claims (7)

1. 以下の手順を含む、周辺部分及び中心部分を有する、タンタル又はタンタル合金の部材を処理する方法：
   a) 当該部材を炉内に置き、真空下において1,400°C以上の温度で加熱する；
   b) 加熱した炉内において、気体炭素源を最高10ミリバール以下の圧力で注入することによって当該部材の周辺部分に炭素多重層（１）を形成し、この場合当該炭素多重層は、部材の表面に位置する少なくとも１層の炭化タンタルの層C1並びにその下側に位置する、それぞれ炭素含有量がC1層の炭素含有量と異なり、それより低い二つの層C2及びC3を含む；
   c) 部材を冷却して炭素多重層（１）の形成を停止する；
   d) 部材の周囲に炭素、酸素及び窒素を捕捉可能な保護装置を取り付け、炭素並びに炉内に残留している可能性のある微量の酸素及び窒素から部材を保護する；
   e) 部材が保護装置の中に置かれた状態で真空下で炉を加熱し、層C1に存在する炭素の全部又は１部分を層C2及びC3に向けて拡散させる；及び
   f) 炭素多重層内に存在する炭素が部材の中心部分に到達する前に、真空下で部材を冷却し、炭素の拡散を停止させる；
   これらの手順によって、表層にはＴａＣの形でのタンタルが存在せず、中心部には炭素が存在せず、表面と中心部との中間に位置する部分はタンタルと炭素で構成される部材を得られる。
2. 手順ｄ）が以下の措置を含む、請求項１に記載の方法。；
   −部材を密閉した空洞内に置くこと。この場合、その空洞の壁は炭素、酸素及び窒素を引き寄せる材料で作られており、その材料が好ましくはくタンタルであること；及び
   −上記の空洞内を不活性ガスを用いて置き換え、炭素、酸素及び窒素のうちから選定された少なくとも一つの元素の原子を含む可能性のある一切のガスを炉内から排出するようにすること。
3. 手順ａ）が以下の措置を含む請求項１又は２に記載の方法。；
   −炉内に部材を導入すること；
   −炉を真空にすること；及び
   −１５００から１７００℃の間の運転温度に達するまで徐々に炉を加熱すること。
4. 手順ｂ）がガス状炭素源を、流量１〜１００L/h、注入圧力10ミリバール以下で炉内に注入することを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 手順ｂ）における炭素源ガスの注入が、注入圧力 ５ミリバール、流量２０Ｌ／Ｈ の条件で、１６００℃に加熱した炉中にて行われる、 請求項４に記載の方法。
6. 手順ｅ）が１６００℃の温度、１０^-２ミリバールの圧力で炉を加熱することを含む請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 手順ｂ）において使用されるガス状炭素源がエチレンである請求項１〜６のいずれかに記載の方法。